DE1564598A1 - A semiconductor optoelectronic device having an optical medium made of glass - Google Patents
A semiconductor optoelectronic device having an optical medium made of glassInfo
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Description
Optoalektronische Halbleitervorrichtung mit einem optischen Xedium, aus Glae Es«ist bekannt, ein strahlungsempfindliches Eaiblei-te'*j#bauelement, z. B. eine aus Bilicium bestehende Potodiode,-mit einem -zur Lichtemission-befähigten Halbleiterbauelement, z. B. einer Zuminesd-,enzdiode aus Ga«'kliumare#3nid, zu einem einzigen Halbleiterkörper zu vereinigen. Ebenso ist bekannt, eine Vorrichtung, bei der zwischen dem strahlungsümittierenden und dem etrahlungsempfangenden Halbleiterbauelement ein lichtleiter vorgesehen ist, der gleichzeitig die mechanische Verbindung C> zwischen den beiden Halbleiterbauelemeilten liefert.' Die Wirkungsveiso eines Lichtleiters, der aus durchsichtigem Material wie Glas, Quarz oder Kunststoff gebildet istg besteht darizit daß ein an einem Ende in den Lichtleitor eintretendes Lichtbündel beim AuftrofCon an die Seitenwände das Lichtleiters total reflektiert wird, so daß das Bündel den Lichtleiter ors t am anderen Ende wieder verlassen kann.Optoalelectronic semiconductor device with an optical medium, from Glae It is known to use a radiation-sensitive Eaiblei-te '* j # component, e.g. B. a consisting of Bilicium Potodiode, -with a -for light emission-enabled semiconductor component, z. B. a Zuminesd-, Enzdiode from Ga «'kliumare # 3nid, to unite to a single semiconductor body. Also known is a device in which a light guide is provided between the radiation-emitting and the radiation-receiving semiconductor component, which at the same time provides the mechanical connection C> between the two semiconductor components. The mode of action of a light guide made of transparent material such as glass, quartz or plastic is that a light bundle entering the light guide at one end is totally reflected on the side walls of the light guide so that the bundle stretches the light guide on the other Can leave the end again.
Die Erfindung bezicht sich auf eine optoalektronische,Halbloitervorrichtung- mit einem strahlungsemittiorenden Halbleiterbauolement, und einem durch diese Strahlung steuerbaren Halbloitcrbauelcinent, die beide zu einem einzigen Körper vereinigt sind, und ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zwischen den beiden Halbleiterbauelementen vorgesehenes optisches Modium die beiden lltilbleiterb.-tuoleiiientc mechanisch miteinander vorbindet und die optische Kopplung zwischon ihnen bewirkt und das Modium aus einem hochbrochonden und geringe Absorption aufweisenden Glas besteht, welches mindestens ja ein Element der V. und Vl. ilaupti"ruppe-deq Periodischen Systems als wesentlichen Bestandteil enthält.The invention relates to an opto-electronic, semi-loiter device with a radiation-emitting semiconductor component, and one through this radiation steerable semi-locomotive building element, which combines the two into a single body are, and is characterized in that one between the two semiconductor components intended optical mode the two lltilbleiterb.-tuoleiiientc mechanically binds with each other and effects the optical coupling between them and the modium consists of a glass with high brittle and low absorption, which at least one element of the V. and Vl. ilaupti "ruppe-deq Periodic Table contains as an integral part.
Die fUr die-Kopplung zu verwendenden Gläser oder glasähnlichen' mUssen neben ihrer guten optischen Anpassung an den Brechungsindex des klalbleitors eine geringe Absorption und oino möglichst niedrige, durch die zulässige Grenztemporatur' der Halbleiterbauelemento vorgeschriebene Verarboltungstomperiatur aufweisen. Außerdem muß eine gute Haf tung an den lialbleituroberflächen gewährleistet sein.The glasses or glass-like ones to be used for the coupling must, in addition to their good optical adaptation to the refractive index of the semiconductor device, have low absorption and the lowest possible processing temperature prescribed by the permissible limit temperature of the semiconductor components. In addition, good adhesion to the lead surfaces must be guaranteed.
In einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens ist doshalb vorgesehen, das optische Modiuni aus einem Arsensulfid, insbesondere der Zusainmensetzung'As4s4' zu verwenden, welches iidgeri seines hohen Brechungsindexes und seiner geringen Absorption für Wellenlängen oberhalb 0,6/unt sehr gut geeignet ist.In a further development of the inventive concept, it is therefore provided that the optical mode from an arsenic sulfide, in particular the composition 'As4s4' to use which iidgeri its high refractive index and its low Absorption is very suitable for wavelengths above 0.6 / und.
Es knnti aber auch eine solche Anordnung gewählt werden, bei der das Medium aus einer Ars enselenidverbinduzi."", insb-esonduro der Zusammensetzung As 2 So39 gebildet wird.However, such an arrangement can also be selected in which the Medium from an ars enselenidverbinduzi. "", Especially esonduro of the composition As 2 So39 is formed.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das strahlungsomittiorondo Halbleiterbaueleinent aus Galliuma#raanid und das durch dieso Striahlung steuarbare Halbleiterbaueleme nt zatus Silicium besteht. Es liegt im Rahmen der Erfindung, zur Verbesserung der Haftung die Oberfläche des dem optischen Madium zu(.-,eivandten, aus Silicium bestehenden HalbleiterbEuelements vor dem Zuscuiimei-ibau mit einer absorptiongormen Motallschicht zu versehen.It is particularly advantageous if the radiation detector is a semiconductor component made of Galliuma # raanid and the semiconductor component that can be controlled by this radiation nt zatus silicon is made. It is within the scope of the invention to improve the Adhesion to the surface of the optical Madium (.-, eivendant, consisting of silicon Semiconductor elements in front of the Zuscuiimei-ibau with a low-absorption metal layer to provide.
Dabei Icann die Metallschicht aus einer kleiner als 1/uni dicken Aluniiniumschicht bestehen, wobei die Schichtdielee iioit unterhalb der AbsGrptionslänge von Licht bleiben darf, so daß die dünne Metallschicht keine wesentliche Absorption verursacht. Insbesondere kann eine lokale Fensterstelle auch -ganz oder praktisch frei von einer Aluminiumdeckschicht bleiben. In diesem Fall wird die Haftung erzielt durch die angronzendoxi Bereiche.The metal layer can consist of an aluminum layer that is less than 1 / uni thick exist, the layer board iioit below the absorption length of light is allowed to remain so that the thin metal layer does not cause substantial absorption. In particular a local window spot can also be completely or practically free of an aluminum top layer stay. In this case the adhesion is achieved through the adjacent areas.
Durch cine ganz dünne aufgedampfte Aluniiiiiiiiiischicht ist zu-. sätzlich. die Mö1glichkeit goecbei-i, dieselbe als Abschirmung zu verwenden. Wenn auf der Siliciumobcrflächc noch eine Oxydschicht vorhanden ist, kann außerdem durch das aufuedainpftc Aluminium die elektrische Kopplung stark vcriiiiiidcrt worden.A very thin, vapor-deposited aluminum layer is covered. additionally. the possibility goecbei-i to use the same as a shield. if If an oxide layer is still present on the silicon surface, this can also be caused by the onuedainpftc aluminum the electrical coupling has been strongly vcriiiiiidcrt.
Der Aufbau der Halbleitervorrichtung kann aber auch so gotic-,ililt werden, daß die auf der Siliciumoberfläche abgeschiedene dünno Motallschicht aus Silber oder Gold besteht.However, the structure of the semiconductor device can also be Gothic, ililt that the thin metal layer deposited on the silicon surface consists of Is made of silver or gold.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, das den Lichtlciter oder das optisclie-Mcdiunt bildende Glas mit einem sclimclzpunkte'riiiedrigendcn, optiscii-iiiischäd-:-lichen Zusatz zu versehen.It is within the scope of the invention that the Lichtlciter or the optisclie-Mcdiunt Forming glass with a low point, optically damaging Addition to be provided.
Besonders vorteilhaft hat sieh dabei ein Zusatz aus einem Element der l#ltxlo(,oiigruppe, iiisbesoii#.-,*.(,ere ein Jodzusatz, erwiesen, der so gewählt wird, daß er 65 Get4 boträgt. Dieser Jodzusatz bewirkt neben einer Herabsetzung des Schmelzpunktes eine Verschiebung der optischen Absorptionskanto zu höheron Energien und verringert außerdem die Härte des Materials, bei hohem Jodzillteil bis zu plastischer Verformbarkeit. Ein weiterer Vorteil ist darin zu schon, daß die flerstelluna der Verbindung mit dem aus insbesondorc Siliciuni bestehenden Halblciterbaueleinciit unterhalb 450 0 C insbesondere bei 250 0 C auch direkt ohne Metallzwischonschicht erreicht würden' kann. Iin Folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsboi.-spielen undder Figuren 1 und 2, aus denen weitere Einzelheiten wid Vorteile hervorgehen, näher erläutert werden.Particularly advantageously check has both an additive of a member of the l # ltxlo (oiigruppe, iiisbesoii # .- *. (Ere an addition of iodine, proved that is chosen so that it boträgt 65 Get4. This causes the addition of iodine in addition to a reduction the melting point of a displacement of the optical Absorptionskanto to höheron energies and also reduces the hardness of the material at high Jodzillteil up to plastic deformability. Another advantage is the fact to know that the flerstelluna of the compound having the group consisting of insbesondorc Siliciuni Halblciterbaueleinciit below 450 0 C. can also be achieved directly without a metal intermediate layer in particular at 250 ° C. In the following, the invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments and FIGS. 1 and 2, from which further details and advantages emerge.
Fig. 1 zeigt eine optoelektronische Halbloitervorrichtung, be- stehend aus einer aus Silicium gebildeten Fotodiode A und einer aus Gnlliumzirsenid hergestellten Luininaszeilzdiode B, die über ein optisches Mediuin 10 aus A54S4-Glas miteinander gekoppelt sind, wobei die Oberfläche des dein optischen Medium zugewandtong aus Silicium bestehenden Baueleinents teilweise mit einer aufgedampften Aluntiniumschicht 11 versehen ist.Fig. 1 shows an optoelectronic Halbloitervorrichtung, consisting of a formed of silicon photo diode A and a Luininaszeilzdiode B made of Gnlliumzirsenid, which are coupled together via an optical Mediuin 10 of A54S4 glass, wherein the surface of your optical medium zugewandtong of silicon existing components are partially provided with a vapor-deposited aluminum layer 11 .
Auf einer aus Molybdän bestehendbn, wagen der besseren Benetzung init einer Goldschicht versehonen Grundplatto 1 miteinam Fenster wirdz.B.*ein n-dotiorter Galliumarsenidkristall 29 in den durch Einlogieren einer Zinn-Zink-Pille 3 (Zinn zu Zink wie 90:10) ein pn-Über'gang und eine p-dotierte Zone 4,erzeugt wurde, aufgelötete, Zur Isolierung der-boiden Zonen 2 und 4 wird au,-&.dia Grundplatte 1 ein Koranlikring 5 aufgebracht und an der Legierungspille 3 ein vergoldetes Kuptornetz als ZufUhrung, 6 angelötet. Die aus der "-dotierten Zelle 7 und der p-dotiorton Zone 8 und zur Kontaktierung, der ii-dotierten Zone 7 ,iufi"obraelito Gold-Antimon-Schicht 9 bestehende Siliciumfotodiode A wird zur bosseren Haftung, des als optisches Medluni 10 dienenden AG4S4-01"#9es mittels entsprechender Masken mit einer ca. 1/um starken Alu-. miniumschicht 11 bedampft. Anschließend wird die in einer Halterung. eingebrachte Galliumarseniddiode B mit dem auf ca. 4000c crWärmten As 4 S 4- Glaspulver und der darübergelegten, mit der Aluminiumschicht verschonen Fotodiodo A so zusammengorUgt, daß die in Fig. 1 dargestellte Anordnung entsteht.-Fig. 2 zoiCt im Querschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiol gemäß der Lehre der Erfindung. In ihr bezeichnet B eine Galliumaraeriid-Lumiiieszenzdiode, bestehend aus den durch Eindiffundierön erzeuCton Zonen 2 und 4, wolklie bei Polung in Flußrich.-tung Licht cmittiort, wolchos von dem mit A bezeichneten, aus den Zolion 7 und 8 bestehenden Siliciumfotoulement empfangen und in Strom zurückverwandelt wird. Wesentlich an der Anordnunc ist die infrarotdurchlässige Zwischensch,icht 109 auf der,Baeis von As 2 Se 3-Glas mit Jodzusatz mit einem Brechungelndox von n = 2,4 die beide Einzelelenionto mechanisch mitainunder vorbindet und optisch koppelt. Woßen seiner vorgloichoweise leichton Vorarbeitbarkeit 1.ca. 250 0 C) bietet An 2 So 3 mit,Jodzusatz schr großa Vorteile. On a base plate 1 with a window, which is made of molybdenum and dare to be better wetted with a gold layer, e.g. * an n-doped gallium arsenide crystal 29 is inserted into the by inserting a tin-zinc pill 3 (tin to zinc like 90:10) pn Über'gang and a p-doped zone 4, has been generated, soldered, boids of-order to isolate zones 2 and 4, au, - & dia base plate 1 a Koranlikring 5 is applied and the alloy pill 3 a gilded Kuptornetz as ZufUhrung. , 6 soldered on. Prepared from "-doped cell 7 and the p-dotiorton zone 8 and for making contact, the ii-doped region 7, iufi" obraelito gold-antimony layer 9 existing silicon photodiode A is to bosseren liability, serving as an optical Medluni 10 AG4S4 -01 "# 9 it is vapor-deposited with an approx. 1 / µm thick aluminum layer 11 using appropriate masks. Subsequently, the gallium arsenide diode B, which is placed in a holder, is coated with the As 4 S 4 -glass powder heated to approx. Photodiodo A is spared with the aluminum layer in such a way that the arrangement shown in Fig. 1 arises.-Fig. 2 shows, in cross section, a further embodiment according to the teaching of the invention Zones 2 and 4, partly with polarity in the direction of flow, light cmittiort, partly received by the silicon photoulement marked with A , consisting of the Zolion 7 and 8 and received in St rom is converted back. Essential to the arrangement is the infrared- permeable intermediate layer 109 on the base of As 2 Se 3 glass with added iodine with a refractive toxicity of n = 2.4, which mechanically binds and optically couples both individual elements. Where its pre-equivalency is easy to prepare 1.approx. 250 0 C) offers great advantages on 2 So 3 with addition of iodine.
Bei der Herstellung worden äquivalente Mengen Atson und Selen bei ca. 450 0 C zusammengeschmolzen, das Gemisch pulverisiert* und unter Beigabe von Jod bei ca. 100 0 C erneut verschmolzen. Ein Zusatz von 65 Gew%, ergibt gutc-Haftfähigkeit auf Gallium-_ arsenid- und Siliciumoberfläclicn und erniedrigt den Schmclz-. punkt des Glases auf 80 - 90 0 C. Dieses so iiergcstellto Glas ist unlöslich in Wasser und 'Salzsäure, schwer löslich in Iccilten Laugen und leicht löslich in heißen Laugen sowie in Si-ilpcters.qure und Königswasser.During production, equivalent amounts of Atson and selenium were melted together at approx. 450 ° C. , the mixture was pulverized * and melted again at approx. 100 ° C. with the addition of iodine. An addition of 65 % by weight results in good adhesion to gallium arsenide and silicon surfaces and lowers the melting point. point of the glass to 80 - 90 ° C. This glass is insoluble in water and hydrochloric acid, sparingly soluble in Iccilten alkalis and easily soluble in hot alkalis as well as in silicon and aqua regia.
Zur Herstellung einer optoelcktronischen Halbloitervorrichtung, gemäß Fig. 2 worden die Elemente A und B in einer entAprechenden Halterung mit dem-fortigen, in dünnc Scheiben von 100.-150/tmi vorliegenden As.So 3 /j Glas 10 in Kontakt gebracht und bei ett.'200 0 C Glastemperatur zusammengeschmolzen. Das ganze System wird zum Schutz gegen äußere Einflüsse mit Silikon1.Ick abgredeckt und dann in Kunstharz cingcbottet. Die übrigen in Fig. «&1. genannten Bezugszeichen haben die gleiche Bedeutung wie in Fig. 1; die mit 9, 12 und 14 bezeichneten Bereiche stellen Metallkontakte dar, die zum Teil als Ringkontakto ausgebildet sind. blit 13 ist die auf dem Koramikring 5 aufgesetzte Deckplatte bezeichnct.For the production of an optoelectronic semi-locator device, according to FIG. 2, the elements A and B were brought into contact in a corresponding holder with the As.So 3 / j glass 10 present in thin slices of 100-150 / tmi and at ett .'200 0 C glass temperature melted together. The whole system is covered with a silicone pad to protect against external influences and then cinged in synthetic resin. The others in Fig. «& 1. mentioned reference numerals have the same meaning as in Fig. 1; the areas labeled 9, 12 and 14 represent metal contacts, some of which are designed as ring contacts. blit 13 is the cover plate placed on the ceramic ring 5.
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